带有数字滤波的过采样A/D转换器AD7707的性能分析及应用

如图1所示，AD7707是一款带有片上数字滤波的过采样A / D转换器。它用于测量宽动态范围，低频信号，例如工业控制或过程控制应用中遇到的信号。它包含一个多路复用器，可编程增益放大器，sigma-delta（电荷平衡）ADC，带片上静态RAM的校准微控制器，时钟振荡器，数字滤波器和双向串行通信端口。 AD7707的三个模拟输入通道包括两个低电平准差分输入和一个高电平单端通道。

低电平输入通道（AIN1和AIN2）可处理0至20mV至0至2.5V的单极性输入信号，双极性输入范围为±20mV至±2.5V，具体取决于所选获得。这些低电平输入通道可直接测量来自应变仪和其他低电平传感器的信号，从而消除了大量的外部信号调理。高电平通道（AIN3）具有薄膜缩放电阻，可以直接调节±10 V，±5 V，0至+10 V和0至+5 V的输入，无需分离电源或电荷泵。 / p>

AD7707的sigma-delta转换技术可实现高达16位且无失码。所选输入信号通过模拟调制器应用于专有的可编程增益前端。调制器输出由片上数字滤波器处理。该数字滤波器的第一个陷波可以通过片内控制寄存器进行编程，以便调整滤波器截止频率和输出更新速率。

AD7707具有可配置为三线操作的串行接口，非常适合用于基于智能微控制器或DSP的系统。可以使用输入串行端口在软件中配置增益设置，信号极性和更新速率选择。该器件包含自校准和系统校准选项;这些允许纠正增益和偏移误差，无论是在其自身部分还是在整个系统中。

AD7707采用3 V（2.7至3.3）或5 V（4.75至5.25）单电源供电。采用3 V电源时，使用1 MHz主时钟功耗低于1 mW，非常适合用于低功耗系统;在待机模式下，它消耗的电流小于8μA。 AD7707采用20引脚0.3“宽的小外形（SOIC）封装和扁平20引脚TSSOP封装。低功耗和小尺寸的组合使该器件非常适合现场设备使用。其高分辨率和高精度高，低电平输入电压通道的多功能性成本低（选择数据采集组件的主要因素）。

AD7707非常适合数据采集应用，在单电源系统中需要真正的双极性输入功能。这些机会包括低级直接换能器接口应用，例如压力和温度测量应用中的应用，智能阀门/执行器控制系统，智能变送器和图表记录器。

智能阀门/执行器控制

在此示例中（图2），在控制室中远程建立所需的阀门设定点，并使用4-低噪声灵敏度与AD7707进行通信20 mA电流环。该控制信号由AD7707转换为数字信号以及阀门位置信号，并由微控制器进行比较，微控制器操作阀门执行器，关闭回路。两种器件均可在单电源下以低电压工作。

4至20 mA阀位控制信号由控制室中的数字转换为AD420 DAC，输出为4至20 mA。通过噪声抑制双绞线传送到阀门附近的电流由AD7707的低电平输入通道检测，产生的电压转换为数字电压。使用具有±10 V输出范围的高质量伺服电位计监控阀门位置，并将其作为高电平模拟输入应用于AD7707。因此，控制器，阀门和AD7707构成一个闭环控制系统。

使用±10伏输入范围的高电平输入通道，可以实现16位的峰峰值分辨率，更新速率高达每秒60个样本。低电平输入通道在增益为1时也可提供16位峰峰值分辨率，在4-20-mA环路上使用125欧姆检测电阻。采用10 Hz更新速率，滤波器陷波频率为50和60 Hz，同时抑制两个频率的组件 - 这是工业应用中的关键要求。

这种以及许多其他应用受益于使用单电源供电的ADC，能够处理高低电平模拟输入电压，以及低成本的高分辨率模数转换。将sigma-delta架构用于模数转换功能可为嘈杂环境提供一定程度的免疫力。这与可编程增益放大器，数字滤波器和校准选项相结合，使ADC成为工业和过程控制应用的理想选择。 AD7707具有出色的系统噪声性能，并且不需要高质量的外部电容，与现成的集成ADC相比，显然提供了更多的系统级功能。

图表记录器

通常需要高级和低级输入通道的另一个领域是图表记录器应用程序。圆形图表记录仪一般有两个要求。第一种方法是利用AD7707的低电平输入通道直接测量热电偶，RTD和压力传感器的输入。第二个要求是，能够测量高达±10 V的直流输入电压范围，由高电平输入通道提供，无需外部信号调理。 AD7707的输入通道组合可满足这些要求，无需外部信号调理组件，分离电源或电荷泵。它还满足便携式数据采集设备中低功耗操作的关键要求，这也是AD7707的一个特性。